CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1. Bộ điều khiển (Arduino Uno R3)
2.4. Động cơ giảm tốc
2.4.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC
Để điều chỉnh tốc độ động cơ DC ta có thể thay đổi từ thông kích từ (đối với động cơ DC kích từ độc lập), điện áp đặt vào phần ứng và điện trở phụ trên mạch phần ứng [17].
Thay đổi từ thông : Khi máy làm việc bình thường = đm ứng với dòng điện kích từ (Itđm) phương pháp này làm giảm chứ không tăng được vì không cho phép điện áp đặt vào dây quấn kích từ vượt quá giá trị định mức.
Khi giảm thì n>nđm tức là điều chỉnh tốc độ n trong vùng trên của nđm và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy.
Thay đổi điện áp U: Phương pháp này chỉ cho phép thay đổi được tốc độ dưới tốc độ định mức. Phương pháp này không gây nên tổn hao phụ nhưng đòi hỏi phải có nguồn điện áp riêng điều chỉnh được.
Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng Rt: Thêm điện trở Rt độ dốc đường đặc tính cơ của động cơ tăng làm cho tốc độ của động cơ giảm xuống. Phương pháp này có ưu điểm là thiết bị điều chỉnh đơn giản, làm việc chắc chắn, nhưng nhượt điểm của phương pháp này là gây tổn hao lớn trên điện trở phụ.
2.4.5.1. Điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chế độ rộng xung được hiểu là cách điều khiển điện áp tải ra, dựa trên sự thay đổi độ rộng xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp. Hiểu theo cách khác, PWM là tín hiệu được tạo ra từ vi mạch kỹ thuật số, như vi mạch điều khiển. Tín hiệu được tạo ra sẽ là một nhóm xung ở dạng xung sóng vuông, có nghĩa là ở bất cứ thời điểm nào sóng sẽ cao hoặc thấp. Điều chế độ rộng xung được xem là một kỹ thuật điều khiển dòng tiện lợi, cho phép người vận hành kiểm soát tốc độ của động cơ, hiệu xuất hoạt động, tiết kiệm năng lượng…[16]
Tốc độ của động cơ DC có thể điều khiển bằng cách thay đổi điện áp vào. Một kỹ thuật phổ biển được sử dụng để thực hiện điều này là điều chế độ rộng xung (PWM). Điện áp trung bình được tạo ra tỷ lệ thuận với độ rộng của các xung, được gọi là chu kỳ làm việc. Chu kỳ làm việc càng cao, điện áp trung bình đặt vào động cơ DC
càng cao, dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên. Chu kỳ làm việc càng ngắn, điện áp trung bình đặt vào động cơ DC càng thấp, dẫn đến giảm tốc độ động cơ [16].
Hình 2.25. Giản đồ xung điều chỉnh điện áp
Tần số tín hiệu PWM được xác định bằng tốc độ hoàn thành 1 giai đoạn, tương đương với thời gian bật - tắt tín hiệu PWM. Công thức xác định tần số sẽ bằng:
F= 1/thời gian giai đoạn = 1/(thời gian bật + thời gian tắt) Cách điều chế độ rộng xung chính xác:
Hình 2.26. Phương pháp điều chế độ rộng xung
Điều chỉnh chế độ xung đơn: Dùng cho mạch 1 pha
Điều chỉnh chế độ rộng xung tiêm hài bậc ba: bằng cách thêm tín hiệu hài thứ
Điều chỉnh nhiều xung độ rộng: thực hiện nhiều chế độ xung trên 1 nửa chu kỳ của điện áp đầu ra
Điều chỉnh độ rộng xung hình sin: bằng cách sử dụng các bộ lọc, để loại bỏ các sóng hài bậc cao
Điều chỉnh chế độ rộng xung dải trễ: đầu ra được tự do dao động trong dải trễ
Điêu chỉnh chế độ rộng xung vector không gian: sử dụng thuật toán, tạo ra các dạng sóng dòng xoay chiều AC.
Điện áp trung bình:
on
dk in
V T V
T
Do đặc tính cảm kháng của động cơ, dòng điện qua động cơ là dòng liên tục gợn sóng như sau:
Hình 2.27. Dạng sóng điện áp và dòng trên động cơ
Điều khiển chế độ rộng xung PWM là phương pháp hoạt động dựa trên nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải, theo chu kỳ và điều chỉnh thời gian đóng/ cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đóng cắt mạch là các linh kiện bán dẫn [16]. Cụ thể, cách hoạt động PWM:
PWM hoạt động bằng cách tạo ra xung dòng điện 1 chiều, đồng thời thay đổi khoảng thời gian ở mỗi xung ở trạng thái “bật”. Từ đó kiểm soát dòng điện chảy đển mỗi thiết bị trong mạch điện. PWM ở dạng kỹ thuật số, với 2 trạng tháng bật - tắt, tương ứng với 0-1 ở hệ nhị phân.
Theo đó, mỗi xung có thời gian bật càng lâu, thì đèn sẽ càng sáng. Trường hợp, do khoảng cách giữa các sung quá ngắn, nên đèn led không thực sự tắt, mang lại cảm giác như chiếu sáng liên tục.
Nếu xung nguồn 70%, có nghĩa là thời gian bật chiến đến 70%, tương ứng độ sáng của đèn lên đến 70% thời gian. Nếu xung PWM đặt bằng 0% thì toàn bộ tín hiệu sẽ bằng phẳng, lúc này đèn led sẽ không hoạt động.
Ưu điểm của điều chế độ rộng xung mang lại:
Kiểm soát và hạn chế tiêu hao năng lượng lãng phí.
Nâng cao hiệu suất lên đến 90%, công suất xử lý năng lượng luôn ở mức cao.
Có thể áp dụng với mạch điện tần số cao.
Chi phí giá thành vận hành rẻ hơn.
Giúp biên độ và tần số có thể được kiểm soát độc lập.
Giảm hiện tượng nhiễu hệ thống hơn.
Hạn chế của điều chế độ rộng xung:
Cấu tạo mạch phức tạp, và tạo ra sự đột biến điện áp.
Nhiễu tần số vô tuyến và gây ra tiếng ồn từ.
Yêu cầu thiết bị bán dẫn có thời gian bật - tắt thấp, làm tăng chi phí.
Mức độ suy hao do chuyển mạch cao.